| Тип покрытия | Класс прочности на сжатие, В | Марка по морозостойкости, F | Область применения |
|---|---|---|---|
| Магистральные дороги | В30-В40 | F200-F300 | Автомагистрали с высокой интенсивностью движения, транспортные развязки |
| Аэродромные покрытия | В35-В40 | F200-F300 | Взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки, перроны |
| Мостовые конструкции | В30-В35 | F200-F300 | Проезжая часть мостов, виадуков, путепроводов |
| Промышленные площадки | В30 | F200 | Складские территории, производственные зоны с интенсивным движением техники |
| Дорожные основания | В22,5-В30 | F150-F200 | Несущий слой дорожной одежды под покрытием |
| Класс бетона на растяжение при изгибе, Btb | Прочность, МПа | Эквивалентный класс на сжатие, В | Тип конструкции |
|---|---|---|---|
| Btb 3,2 | 3,2 | В30 | Дорожные основания, промышленные площадки |
| Btb 3,6 | 3,6 | В30-В35 | Автомобильные дороги с умеренной нагрузкой |
| Btb 4,0 | 4,0 | В35 | Магистральные дороги, аэродромные покрытия |
| Btb 4,4 | 4,4 | В35-В40 | Взлетно-посадочные полосы с тяжелыми самолетами |
| Btb 4,8 | 4,8 | В40 | Особо ответственные участки с экстремальными нагрузками |
| Марка по истираемости | Потеря массы, г/см² | Характеристика | Применение |
|---|---|---|---|
| G1 | До 0,7 | Низкая истираемость (высокая стойкость) | Магистрали, аэродромы, мосты, объекты с интенсивным трафиком |
| G2 | 0,7-0,9 | Средняя истираемость | Дороги с умеренной нагрузкой, промышленные площадки, лестницы общественных зданий |
| G3 | Более 0,9 | Высокая истираемость (низкая стойкость) | Тротуары, пешеходные зоны, дворовые территории, объекты с невысокой нагрузкой |
| Класс бетона | Цемент М500, кг/м³ | Гранитный щебень 5-20, кг/м³ | Песок, кг/м³ | Вода, л/м³ | В/Ц |
|---|---|---|---|---|---|
| В30 (М400) | 380-400 | 1150-1200 | 650-700 | 170-180 | 0,45-0,47 |
| В35 (М450) | 420-440 | 1120-1170 | 630-680 | 175-185 | 0,42-0,44 |
| В40 (М500) | 450-480 | 1100-1150 | 600-650 | 180-190 | 0,40-0,42 |
Особенности эксплуатации дорожного бетона
Дорожные цементобетонные покрытия представляют собой жесткий тип дорожной одежды, воспринимающий значительные транспортные нагрузки и работающий в сложных климатических условиях. В отличие от асфальтобетонных покрытий, где основную роль играет прочность на сжатие, дорожный бетон характеризуется специфическим напряженным состоянием с доминированием изгибных деформаций. Бетонная плита, уложенная на упругое основание, при проезде транспортных средств испытывает циклические знакопеременные напряжения растяжения и сжатия, что требует повышенной трещиностойкости материала.
Условия эксплуатации дорожного бетона включают воздействие широкого диапазона температур от минус 45 до плюс 60 градусов Цельсия, многократное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии, абразивное истирание поверхности под воздействием шипованных шин и песко-соляных смесей, а также химическую коррозию от противогололедных реагентов. Согласно ГОСТ 26633-2015 с Изменением №1 от 21.06.2023, бетоны для дорожных и аэродромных покрытий должны соответствовать повышенным требованиям по прочности на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкости и истираемости.
Расчетный срок службы цементобетонных покрытий составляет 25-30 лет для автомобильных дорог и до 50 лет для аэродромов при условии применения качественных материалов и соблюдения технологии устройства. Современные составы с использованием модифицирующих добавок позволяют достичь эксплуатационного ресурса 40-60 лет.
Нормативная база проектирования и устройства дорожных покрытий из цементобетона включает ГОСТ 26633-2015 с Изменением №1, ГОСТ 7473-2010 с Поправками, СП 78.13330.2012 по проектированию автомобильных дорог и ВСН 139-80 по строительству цементобетонных покрытий. Эти документы регламентируют требования к составу бетона, методам контроля качества и технологии производства работ. Особое внимание уделяется водоцементному отношению, которое для дорожных покрытий не должно превышать 0,50 для однослойных конструкций и верхнего слоя двухслойных покрытий.
Требования к прочности на сжатие и классы В30-В40
Класс бетона по прочности на сжатие является базовой характеристикой, определяющей несущую способность конструкции. Для дорожных покрытий магистральных дорог и аэродромов применяют бетоны классов В30-В40, что соответствует маркам М400-М500 по старой классификации. Класс В30 означает, что призматическая прочность бетона составляет 30 МПа с обеспеченностью 95 процентов, то есть не менее 95 процентов образцов должны показать прочность не ниже указанного значения.
Взаимосвязь класса прочности и области применения
Выбор класса бетона определяется интенсивностью движения, типом транспортных средств и климатическими условиями региона. Для автомобильных дорог с умеренной интенсивностью движения достаточно класса В25-В30, тогда как для магистралей с высокой нагрузкой требуется В30-В35. Взлетно-посадочные полосы аэродромов, рассчитанные на тяжелые широкофюзеляжные самолеты, проектируют из бетона класса В35-В40 с дополнительным контролем модуля упругости.
Согласно ГОСТ 26633-2015, прочность бетона на сжатие определяется испытанием кубических образцов размером 150×150×150 мм или призматических образцов размером 150×150×600 мм в возрасте 28 суток нормального твердения. Для дорожного бетона характерен замедленный набор прочности по сравнению с конструкционным бетоном, поэтому дополнительно контролируют марочную прочность в возрасте 90 и 180 суток, которая может превышать 28-суточную на 15-25 процентов.
Факторы, влияющие на прочность дорожного бетона
Достижение требуемого класса прочности обеспечивается комплексом технологических мероприятий. Ключевую роль играет водоцементное отношение, которое для высокопрочных дорожных бетонов составляет 0,40-0,47. Снижение В/Ц повышает прочность, но ухудшает удобоукладываемость смеси, поэтому обязательно применение пластифицирующих добавок. Активность цемента должна быть не ниже 42,5 МПа (марка М500), предпочтительно использование портландцемента на основе клинкера нормированного минералогического состава согласно требованиям действующих стандартов.
- Прочность крупного заполнителя должна превышать класс бетона в 1,5-2 раза, для бетона В30-В40 применяют гранитный щебень марки по дробимости 1200-1400
- Зерновой состав заполнителей подбирают для обеспечения минимальной пустотности смеси и максимальной плотности бетона после уплотнения
- Качество уплотнения бетонной смеси влияет на конечную прочность, относительная плотность уплотненной смеси должна быть не менее 98 процентов расчетной
- Условия твердения критичны для набора прочности, влажностный уход за свежеуложенным бетоном обеспечивают в течение 14-21 суток
Преждевременное открытие движения по свежеуложенному бетону недопустимо. Минимальная прочность для допуска легкового транспорта составляет 70 процентов от проектной, для тяжелых грузовых автомобилей – 100 процентов. Это соответствует возрасту бетона не менее 14-21 суток при благоприятных температурных условиях.
Прочность на растяжение при изгибе как основной критерий
Прочность бетона на растяжение при изгибе является определяющей характеристикой для проектирования дорожных покрытий. В отличие от строительных конструкций, где расчет ведется по прочности на сжатие, дорожная плита работает преимущественно на изгиб под воздействием транспортной нагрузки. Максимальные растягивающие напряжения возникают в нижней зоне плиты при проезде тяжелых транспортных средств, особенно на участках с неравномерной деформацией основания.
Классы бетона по прочности на растяжение при изгибе обозначаются Btb и регламентируются ГОСТ 26633-2015 с Изменением №1. Для дорожных покрытий применяют бетоны классов Btb 3,2 до Btb 4,8, что соответствует гарантированной прочности от 3,2 до 4,8 МПа. Прочность на растяжение при изгибе составляет приблизительно 1/10-1/8 от прочности на сжатие, однако это соотношение зависит от качества заполнителей и структуры цементного камня.
Методика определения прочности на изгиб
Испытания проводят на балочках размером 150×150×600 мм, изготовленных из той же бетонной смеси, что и покрытие. Образцы твердеют в нормальных условиях при температуре 20±2 градуса Цельсия и влажности не менее 95 процентов. Испытание выполняют в возрасте 28 суток методом чистого изгиба или изгиба с двумя точками приложения нагрузки согласно ГОСТ 10180-2012. Балочку устанавливают на две опоры с пролетом 450-500 мм и нагружают посредине или в двух точках до разрушения.
Прочность на растяжение при изгибе Rизг вычисляют по формуле, учитывающей разрушающую нагрузку, пролет между опорами и геометрические размеры сечения балочки. Класс бетона Btb соответствует нормативному сопротивлению с коэффициентом вариации 13,5 процента. В проектной документации на дорожное покрытие обязательно указывают требуемый класс по прочности на растяжение при изгибе, который служит основой для расчета толщины плиты.
Соотношение между прочностью на изгиб и сжатие
Для ориентировочных расчетов используют эмпирические зависимости между классами прочности. Бетон класса Btb 3,2 приблизительно соответствует классу В30 на сжатие, Btb 3,6 – классу В30-В35, Btb 4,0 – классу В35, Btb 4,4 – классу В35-В40, Btb 4,8 – классу В40. Однако эти соотношения справедливы только при использовании качественных заполнителей и рациональной структуре бетона с развитой контактной зоной на границе цементного камня и щебня.
- Для повышения прочности на растяжение при изгибе применяют заполнители с шероховатой поверхностью, обеспечивающие надежное сцепление с цементным камнем
- Воздухововлекающие добавки, повышая морозостойкость, несколько снижают прочность, поэтому их дозировка должна быть оптимизирована
- Модуль упругости бетона влияет на распределение напряжений в плите, для дорожного бетона он составляет 30-36 ГПа
- Усадочные деформации при твердении создают начальные растягивающие напряжения, которые должны учитываться в расчетах
Прочность на растяжение при изгибе продолжает расти в течение длительного периода эксплуатации. Испытания образцов-свидетелей в возрасте 5-10 лет показывают увеличение прочности на 30-50 процентов по сравнению с 28-суточной при условии влажностного режима твердения. Это явление связано с продолжением гидратации цемента и уплотнением структуры бетона.
Морозостойкость F200-F300 и стойкость к противогололедным реагентам
Морозостойкость бетона характеризует его способность выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии без значительного снижения прочности и массы. Марка по морозостойкости обозначается буквой F с числом, указывающим минимальное количество циклов замораживания-оттаивания. Для дорожных покрытий в климатических условиях большей части территории России требуется морозостойкость F200-F300, что соответствует 200-300 циклам попеременного замораживания.
Согласно ГОСТ 10060.0-95 и ГОСТ 10060.2-95, испытания на морозостойкость проводят двумя базовыми методами. Первый метод предусматривает насыщение образцов водой с последующим замораживанием при температуре минус 18 градусов Цельсия и оттаиванием в воде при температуре плюс 20 градусов. Второй метод, более жесткий, использует насыщение образцов раствором хлорида натрия концентрацией 5 процентов для моделирования воздействия противогололедных реагентов. Марка морозостойкости, определенная вторым методом, обозначается F2, например F2200.
Механизм морозного разрушения бетона
Разрушение бетона при замораживании обусловлено расширением воды при переходе в лед. Объем льда на 9 процентов превышает объем воды, что создает давление в порах и капиллярах цементного камня. При многократном повторении цикла замораживания-оттаивания происходит постепенное накопление микротрещин, отслаивание поверхностного слоя и снижение прочности. Критическая степень водонасыщения, при которой начинается разрушение, составляет 92-95 процентов от полного объема пор.
Морозостойкость бетона определяется структурой порового пространства. Бетон с плотной структурой и низкой водопроницаемостью лучше сопротивляется морозному разрушению. Капиллярные поры размером менее 100 нм являются резервуарами для миграции воды при замерзании. Воздушные поры размером 50-300 мкм, равномерно распределенные в массе бетона, выполняют функцию буферных зон для релаксации давления при образовании льда.
Технологические методы повышения морозостойкости
Обеспечение требуемой морозостойкости F200-F300 достигается комплексом технологических решений. Обязательным является применение воздухововлекающих добавок на основе смол древесины, солей синтетических жирных кислот или других поверхностно-активных веществ. Эти добавки создают в бетоне систему мелких замкнутых воздушных пор общим объемом 4-6 процентов, равномерно распределенных с расстоянием между порами не более 200 мкм.
- Водоцементное отношение не должно превышать 0,50 для однослойных покрытий, снижение В/Ц уменьшает капиллярную пористость бетона
- Применение пластифицирующих добавок позволяет снизить водопотребность смеси при сохранении подвижности
- Качественное уплотнение бетонной смеси вибрацией или укаткой катками снижает воздухопроницаемость и водопоглощение
- Влажностный уход за свежеуложенным бетоном предотвращает образование усадочных трещин, через которые проникает вода
- Тщательная герметизация швов препятствует накоплению воды в конструкции покрытия
Воздухововлекающие добавки снижают прочность бетона на 10-15 процентов по сравнению с бетоном без добавок при одинаковом расходе цемента. Это необходимо учитывать при подборе состава, увеличивая расход цемента или применяя комплексные добавки, совмещающие воздухововлекающее и пластифицирующее действие.
Стойкость к противогололедным реагентам
Противогололедные реагенты на основе хлоридов натрия, кальция и магния агрессивно воздействуют на бетон. Раствор соли понижает температуру замерзания воды и одновременно повышает осмотическое давление в порах бетона. Кристаллизация солей в капиллярах создает дополнительные разрушающие напряжения. Для оценки солестойкости применяют ускоренные испытания по второму базовому методу с раствором хлорида натрия.
Бетон с маркой морозостойкости F300 по первому методу испытаний может соответствовать только F2200 по второму методу, что недостаточно для эксплуатации в условиях применения противогололедных реагентов. Для автомобильных дорог в регионах с интенсивным использованием солей рекомендуется бетон с морозостойкостью F2300-F2400, что обеспечивается применением специальных воздухововлекающих добавок и тщательным контролем структуры воздушных пор.
↑ НаверхМарки по истираемости G1-G3 и сопротивление износу
Истираемость бетона характеризует потерю массы поверхностного слоя под воздействием абразивного износа от движения транспорта. Марка по истираемости обозначается буквой G с цифровым индексом от 1 до 3, где G1 соответствует наименьшей истираемости и наивысшему сопротивлению износу. Для дорожных покрытий с интенсивным движением, магистралей и аэродромов применяют бетон марки G1, для дорог с умеренной нагрузкой достаточно марки G2, марка G3 используется для тротуаров и пешеходных зон.
Методика определения истираемости регламентирована ГОСТ 13087-81. Испытания проводят на дисковой установке, где образец бетона подвергается истиранию вращающимися абразивными кругами под нагрузкой. Образцы размером 70×70×70 мм или цилиндры диаметром 70 мм изготавливают из той же бетонной смеси, что и покрытие, и твердеют в нормальных условиях 28 суток. Поверхность образца, подлежащую истиранию, шлифуют для выравнивания.
Процедура испытания и определение марки
Образец закрепляют на диске установки под вращающимися абразивными кругами. Испытание проводят при нагрузке 1000 граммов на каждый круг в течение времени, необходимого для достижения 600 оборотов диска. В процессе истирания на поверхность образца подается абразивный материал в виде кварцевого песка фракции 0,3-0,6 мм. После завершения истирания образец очищают, высушивают и взвешивают для определения потери массы.
Истираемость вычисляют как потерю массы образца, отнесенную к площади истираемой поверхности, и выражают в граммах на квадратный сантиметр. Марке G1 соответствует истираемость не более 0,7 грамма на квадратный сантиметр, марке G2 – от 0,7 до 0,9, марке G3 – более 0,9 грамма на квадратный сантиметр. Более низкая истираемость означает более высокую износостойкость бетона.
Факторы, влияющие на истираемость бетона
Сопротивление истиранию определяется прочностью поверхностного слоя бетона и качеством заполнителей. Ключевую роль играет твердость крупного заполнителя, применение гранитного щебня с высоким содержанием кварца обеспечивает низкую истираемость. Известняковый щебень менее стоек к абразивному износу и применяется для бетонов марки G2-G3. Прочность цементного камня также влияет на истираемость, бетоны высоких классов В30-В40 показывают лучшую износостойкость.
- Водоцементное отношение должно быть минимальным для достижения плотной структуры поверхностного слоя
- Качество отделки поверхности влияет на начальную шероховатость, гладкая затертая поверхность более стойка к истиранию
- Упрочняющая обработка поверхности сухими цементными смесями или пропиткой силикатами повышает твердость
- Правильный уход за свежеуложенным бетоном обеспечивает качественную гидратацию цемента в поверхностном слое
Истираемость поверхности дорожного покрытия в эксплуатации зависит от интенсивности движения и типа шин транспортных средств. Шипованные шины создают значительно более интенсивный абразивный износ по сравнению с нешипованными. На участках с преобладанием тяжелых грузовых автомобилей износ поверхности может достигать 1-2 мм за год эксплуатации.
Взаимосвязь истираемости с другими характеристиками
Истираемость коррелирует с прочностью бетона на сжатие, но эта зависимость не является линейной. Бетон класса В30 может иметь марку по истираемости от G1 до G2 в зависимости от типа заполнителя. Применение гранитного щебня марки по дробимости 1200-1400 обеспечивает марку G1 даже для бетона класса В25-В30. Морозостойкость и истираемость не связаны напрямую, так как первая определяется структурой порового пространства, а вторая – прочностью минеральной матрицы.
Для обеспечения марки G1 в составе бетонной смеси применяют гранитный щебень фракции 5-20 мм с содержанием зерен лещадной и игловатой формы не более 25 процентов. Песок должен иметь модуль крупности не менее 2,5 с ограниченным содержанием пылевидных и глинистых частиц. Расход цемента увеличивают на 10-15 процентов по сравнению с рядовыми составами для формирования плотного поверхностного слоя.
↑ НаверхПрименение гранитного щебня фракции 5-20 мм
Гранитный щебень является оптимальным крупным заполнителем для высокопрочного дорожного бетона благодаря сочетанию высокой прочности, морозостойкости и шероховатой поверхности зерен, обеспечивающей прочное сцепление с цементным камнем. Фракция 5-20 мм наиболее востребована в дорожном строительстве, так как позволяет получить плотную упаковку зерен при сохранении достаточной подвижности бетонной смеси для укладки бетоноукладчиками.
Гранит представляет собой магматическую горную породу, состоящую из кварца, полевых шпатов и слюды. Прочность гранита на сжатие в водонасыщенном состоянии достигает 150-200 МПа, что значительно превышает прочность бетона и обеспечивает запас несущей способности. Согласно ГОСТ 8267-93, щебень из гранита классифицируется по маркам прочности от 800 до 1400, для дорожного бетона классов В30-В40 применяют щебень марки 1200-1400 с дробимостью в цилиндре не более 12-10 процентов.
Технические характеристики гранитного щебня 5-20 мм
Фракция 5-20 мм технически представляет собой смесь двух стандартных фракций 5-10 и 10-20 мм в произвольной пропорции. Наибольшая крупность зерен 20 мм оптимальна для бетонных покрытий толщиной 180-240 мм, применяемых на автомобильных дорогах. Для аэродромных покрытий большей толщины допускается применение фракции 5-40 мм или смеси фракций. Насыпная плотность гранитного щебня 5-20 мм составляет 1350-1400 килограммов на кубический метр.
Лещадность щебня характеризует содержание зерен пластинчатой и игловатой формы. Для дорожного бетона лещадность не должна превышать 25 процентов по массе согласно ГОСТ 26633-2015. Кубовидные зерна обеспечивают лучшую упаковку в бетонной смеси, снижают водопотребность и повышают прочность бетона. Содержание слабых пород в гранитном щебне ограничивается 5 процентами, содержание зерен выветрелых пород – 10 процентами.
Морозостойкость и водопоглощение заполнителя
Морозостойкость гранитного щебня должна быть не ниже марки бетона по морозостойкости. Для бетонов класса F200-F300 применяют щебень с морозостойкостью F200-F300, что подтверждается протоколами испытаний по методу насыщения в растворе сульфата натрия. Водопоглощение гранитного щебня составляет 0,4-1,0 процента по массе, что значительно ниже требований ГОСТ 26633-2015, устанавливающих предельное водопоглощение 1,0 процент для заполнителей бетонов с морозостойкостью F300 и выше.
- Зерновой состав щебня контролируют рассевом на стандартном наборе сит, остаток на сите 20 мм должен быть не более 10 процентов
- Содержание пылевидных и глинистых частиц ограничивается 1 процентом для обеспечения качественного сцепления с цементным камнем
- Марка по истираемости в полочном барабане должна быть не ниже И1 для бетонов покрытий с маркой по истираемости G1
- Радиоактивность щебня проверяют по удельной эффективной активности естественных радионуклидов, для дорожного строительства допускается I класс
Каждая партия гранитного щебня, поступающая на объект дорожного строительства, должна сопровождаться паспортом качества с указанием марки по прочности, морозостойкости, истираемости, лещадности и содержания зерен слабых пород. Визуально проверяют отсутствие органических примесей, которые снижают прочность сцепления с цементным камнем.
Альтернативные заполнители и их применение
Помимо гранитного, в дорожном строительстве применяют щебень из других горных пород. Гравийный щебень марки по прочности 1000 используют для бетонов классов В25-В30 при умеренной интенсивности движения. Известняковый щебень прочностью 600-800 допускается для дорожных оснований и покрытий второстепенных дорог. Щебень из базальта и диабаза обладает еще более высокими характеристиками, чем гранитный, но его месторождения ограничены.
Комбинированные составы с частичной заменой гранитного щебня гравийным в соотношении 50:50 позволяют снизить стоимость бетона при сохранении требуемых прочностных характеристик для дорог с умеренным движением. Полная замена гранитного щебня на гравийный возможна только при подтверждении марки бетона лабораторными испытаниями, так как гравий имеет более гладкую окатанную поверхность и худшее сцепление с цементным камнем.
↑ НаверхСоставы дорожного бетона и требования к материалам
Подбор состава дорожного бетона выполняют в лабораторных условиях согласно действующим стандартам с учетом требований проектной документации по классу прочности на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкости и истираемости. Состав характеризуется расходом цемента, соотношением заполнителей, водоцементным отношением и дозировкой химических добавок. Для бетонов классов В30-В40 расход цемента составляет 380-480 килограммов на кубический метр в зависимости от требуемых характеристик.
В качестве вяжущего для дорожного бетона применяют портландцемент на основе клинкера нормированного минералогического состава марки М500. Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере ограничивается 8 процентами для повышения стойкости к воздействию сульфатов и противогололедных реагентов. Допускается применение цемента общестроительного по ГОСТ 31108-2020 с Изменением №1 от 01.02.2024 класса прочности 42,5Н или 52,5Н при условии подтверждения требуемых характеристик бетона испытаниями.
Требования к мелкому заполнителю
Песок для дорожного бетона должен иметь модуль крупности не менее 2,0, оптимальный диапазон 2,5-3,0 для обеспечения минимального расхода цемента и хорошей удобоукладываемости смеси. Зерновой состав регламентируется ГОСТ 26633-2015 с Изменением №1 с ограничением содержания зерен крупнее 5 мм и мельче 0,16 мм. Содержание пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 3 процента для природных песков и 5 процентов для песков из отсевов дробления.
Предпочтительным является применение песков из отсевов дробления гранита или гравия, имеющих угловатую форму зерен и шероховатую поверхность. Прочность исходной горной породы на сжатие в водонасыщенном состоянии должна быть не менее 80 МПа для бетонов классов В30-В40. Природные кварцевые пески применяют при условии оптимального зернового состава с модулем крупности 2,5-3,0 и содержанием органических примесей, не превышающем нормативных значений.
Водоцементное отношение и подвижность смеси
Водоцементное отношение для дорожных бетонов жестко ограничивается нормативными документами. Для однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных конструкций В/Ц не должно превышать 0,50, для нижнего слоя допускается 0,60. Реальные значения В/Ц в производственных составах составляют 0,40-0,47 для бетонов классов В30-В40 при применении пластифицирующих добавок. Снижение водосодержания повышает прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона.
Подвижность бетонной смеси для укладки бетоноукладчиками характеризуется жесткостью по техническому вискозиметру и составляет 15-30 секунд. Смесь должна легко уплотняться вибрацией и формировать ровную поверхность при заглаживании. Применение пластифицирующих добавок на основе лигносульфонатов, поликарбоксилатов или нафталинформальдегидных смол позволяет снизить водопотребность на 10-15 процентов при сохранении требуемой подвижности.
Применение химических добавок
Для дорожных бетонов с морозостойкостью F200 и выше обязательно применение воздухововлекающих добавок согласно действующим стандартам на химические добавки для бетонов. Эти добавки создают систему мелких замкнутых воздушных пор, защищающих бетон от морозного разрушения. Дозировка воздухововлекающих добавок составляет 0,01-0,05 процента от массы цемента в зависимости от концентрации активных веществ. Объем вовлеченного воздуха должен составлять 4-6 процентов для покрытий и 3-5 процентов для оснований.
- Комплексные добавки, совмещающие пластифицирующее и воздухововлекающее действие, наиболее эффективны для дорожного бетона
- Противоморозные добавки применяют для производства работ при отрицательных температурах, но они не заменяют воздухововлечения
- Гидрофобизирующие добавки снижают водопоглощение бетона и повышают стойкость к коррозии от противогололедных реагентов
- Микрокремнезем или метакаолин в количестве 5-10 процентов от массы цемента повышают плотность и прочность бетона
Каждая партия химических добавок должна иметь сертификат качества с указанием содержания активных веществ и рекомендуемой дозировки. Перед применением новой добавки обязательно проводят пробные замесы для оптимизации дозировки и проверки совместимости с цементом. Передозировка воздухововлекающих добавок приводит к резкому снижению прочности бетона.
Технология устройства швов в бетонных покрытиях
Деформационные швы в цементобетонных дорожных покрытиях являются обязательным конструктивным элементом, обеспечивающим работоспособность конструкции в условиях температурных деформаций, усадки бетона и неравномерных осадок основания. Швы разделяют монолитное покрытие на отдельные плиты, способные перемещаться независимо друг от друга. Расположение, конструкция и технология устройства швов регламентируются ВСН 139-80 и проектом организации дорожных работ.
Различают три основных типа швов в дорожных покрытиях. Швы расширения устраивают на сопряжениях покрытия с неподвижными конструкциями, такими как мосты, путепроводы, водопропускные трубы. Швы сжатия устраивают между швами расширения с интервалом 6-12 метров для предупреждения образования трещин от температурных и усадочных деформаций. Швы коробления располагают через один шов сжатия для снижения температурных напряжений и предотвращения коробления плит.
Температурно-усадочные швы сжатия
Швы сжатия выполняют на всю толщину плиты покрытия с устройством шпонки для передачи вертикальных нагрузок между смежными плитами. Расстояние между швами сжатия составляет 6-8 метров для покрытий толщиной 18-22 см и 8-12 метров для покрытий толщиной 24-28 см. Уменьшение расстояния между швами снижает вероятность образования трещин, но увеличивает объем работ по устройству и герметизации швов.
Технология устройства швов сжатия предусматривает установку инвентарных металлических вкладышей толщиной 15-20 мм в свежеуложенный бетон на заданном расстоянии перпендикулярно оси дороги. После схватывания бетона вкладыш извлекают, образовавшуюся щель очищают и заполняют герметизирующим материалом. Альтернативным методом является нарезка швов алмазными дисками через 12-48 часов после укладки бетона на глубину одной трети толщины плиты.
Конструкция шпоночного соединения
Шпонка в шве сжатия представляет собой выступ на торце одной плиты, входящий в соответствующий паз соседней плиты. Шпонка передает вертикальную нагрузку между плитами, предотвращая ступенчатые перепады по высоте при проезде транспорта. Одновременно шпонка допускает горизонтальное перемещение плит относительно друг друга при температурных деформациях. Форма шпонки обычно трапециевидная с основанием 100-120 мм и высотой 60-80 мм.
Для формирования шпонки применяют инвентарные металлические или деревянные вкладыши, устанавливаемые в процессе укладки бетона. Вкладыши закрепляют на жестких стойках, обеспечивающих неизменность положения при вибрировании бетонной смеси. После твердения бетона в течение 7-10 суток вкладыши извлекают, полость шпонки очищают от раствора и промывают водой. В современной практике применяют пластиковые вкладыши, остающиеся в конструкции шва.
Швы коробления без шпонки
Швы коробления устраивают через один шов сжатия путем нарезки канавки алмазными дисками на глубину одной четверти толщины плиты. Швы коробления не имеют шпоночного соединения и работают только на ограничение раскрытия трещин. Расположение швов коробления увеличивает общее количество швов до 4-6 метров между соседними швами любого типа, что снижает температурные напряжения в плитах и вероятность неконтролируемого растрескивания.
Нарезку швов коробления выполняют нарезчиком швов с алмазным диском диаметром 300-400 мм через 12-24 часа после укладки бетона, когда прочность достигает 30-50 процентов от проектной. Ранняя нарезка при низкой прочности приводит к выкрашиванию кромок шва, поздняя нарезка не предотвращает образование трещин в произвольных местах. Ширина нарезаемой канавки составляет 3-5 мм, глубина 40-60 мм для покрытия толщиной 200-240 мм.
Герметизация швов
Герметизация швов выполняется после полного завершения усадочных деформаций бетона, обычно через 28 суток после укладки. Канавку шва очищают от пыли и загрязнений, просушивают сжатым воздухом. На дно канавки укладывают уплотняющий шнур из вспененного полиэтилена диаметром, превышающим ширину шва на 20-30 процентов. Шнур ограничивает глубину заполнения герметиком и предотвращает трехсторонюю адгезию.
В качестве герметизирующих материалов применяют тиоколовые, полисульфидные или полиуретановые мастики, обладающие высокой эластичностью и адгезией к бетону. Мастику заливают в канавку шва на глубину 15-25 мм, обеспечивая коэффициент формы (отношение ширины к глубине) около 2:1. Поверхность герметика располагают на 3-5 мм ниже уровня покрытия для защиты от механических повреждений колесами транспорта. Срок службы полимерных герметиков составляет 5-7 лет, после чего требуется перегерметизация швов.
Негерметичные швы являются основной причиной преждевременного разрушения цементобетонных покрытий. Через незагерметизированные швы в конструкцию дорожной одежды проникает вода, которая при замерзании разрушает основание и приводит к просадке плит. Регулярный мониторинг состояния швов и своевременная перегерметизация продлевают срок службы покрытия в 1,5-2 раза.
Часто задаваемые вопросы
Дорожная бетонная плита работает как балка на упругом основании и испытывает значительные изгибающие напряжения при проезде транспорта. Максимальные растягивающие напряжения возникают в нижней зоне плиты и часто превышают прочность бетона на растяжение. Поэтому прочность на растяжение при изгибе является основным расчетным параметром при проектировании толщины покрытия. Прочность на сжатие также контролируется, но она обычно обеспечивается с большим запасом.
Обозначение F200 соответствует испытаниям методом насыщения водой, а F2200 – испытаниям в растворе хлорида натрия, что жестче моделирует условия применения противогололедных реагентов. Для тротуарных плит согласно ГОСТ 17608-2017 требуется морозостойкость F2200, то есть 200 циклов в солевом растворе. Бетон с маркой F300 по первому методу может соответствовать только F2150-F2200 по второму методу, поэтому для изделий, эксплуатируемых с противогололедными реагентами, необходимо указывать именно морозостойкость F2.
Гравийный щебень марки по дробимости 1000 может применяться для дорожного бетона класса В30 при условии подтверждения требуемых характеристик лабораторными испытаниями. Однако гравий имеет более гладкую окатанную поверхность, что ухудшает сцепление с цементным камнем и снижает прочность на растяжение при изгибе. Для компенсации этого недостатка требуется увеличение расхода цемента на 10-15 процентов. Для бетонов класса В35-В40 и марки по истираемости G1 применение гранитного щебня является предпочтительным.
Для покрытия толщиной 200 мм оптимальное расстояние между швами сжатия составляет 6-8 метров согласно ВСН 139-80. Между швами сжатия через один устраивают швы коробления, в результате общее расстояние между швами любого типа составляет 3-4 метра. Уменьшение расстояния между швами снижает температурные напряжения и вероятность трещинообразования, но увеличивает объем работ по герметизации. Для южных регионов с небольшими колебаниями температуры допускается увеличение расстояния до 8-10 метров.
Согласно ГОСТ 26633-2015, бетоны для дорожных и аэродромных покрытий следует приготавливать с обязательным применением воздухововлекающих и пластифицирующих добавок. Для бетонов с морозостойкостью F200 и выше применение воздухововлекающих добавок является обязательным требованием. Система мелких замкнутых воздушных пор объемом 4-6 процентов защищает бетон от морозного разрушения при многократном замораживании и оттаивании. Без воздухововлечения достижение морозостойкости F200-F300 практически невозможно при приемлемом расходе цемента.
Нарезку швов коробления выполняют через 12-48 часов после укладки бетона, когда прочность достигает 30-50 процентов от проектной. Точное время зависит от температуры окружающей среды, типа цемента и наличия ускоряющих добавок. В летних условиях при температуре 20-25 градусов оптимальный срок составляет 16-24 часа. Слишком ранняя нарезка при низкой прочности приводит к выкрашиванию кромок шва и образованию микротрещин. Поздняя нарезка неэффективна, так как усадочные трещины уже могут образоваться в произвольных местах.
